戴维斯站区与长城站区企鹅粪土层生物标型元素的确定与比较

在中国第22次南极考察(2005/2006)期间,采集了东南极戴维斯站区加德纳岛(GardnerIsland)上一根含企鹅粪的沉积泥芯。分析测试了该沉积物、新鲜企鹅粪和当地基岩中部分化学元素的含量。对元素进行聚类分析并结合对比新鲜企鹅粪、基岩中的部分元素含量特征后得出,该粪土沉积的生物标型元素组合包括P、Se、F、S、As、Cu和Sr等7种元素。这与西南极阿德雷岛企鹅粪土层的生物标型元素组合是基本一致的。在此基础上,对东、西南极企鹅粪土层的生物标型元素进行了优选,得出东南极优选生物标型元素为P和Se,西南极则为F、P和S。这为探讨东南极企鹅数量变化及东、西南极企鹅数量变化的对比研究打下了基础。     

南极阿德雷岛湖泊沉积:企鹅粪土层识别

在 CHINARE- 1 5考察期间 ,采集了南极阿德雷岛 Y2湖 67.5cm长的一支湖芯。室内分析测试了部分化学元素的含量 ,与南极西湖沉积物、新鲜企鹅粪、阿德雷岛鸟粪土和南沙太平岛鸟成土的元素特征进行对比后指出该湖泊沉积物为企鹅粪土。元素的聚类分析结果表明该粪土的元素标型组合包括 P、S、Sr、Ba、Cu、Zn、Se、Ca和 F等 9种元素。这为进一步解释其中所记录的气候环境事件提供了依据。     

1999/2000年夏季南极普里兹湾及湾口区叶绿素a和初级生产力

20 0 0年 1月 1 9日至 2 7日在 70°3 0′E- 75°3 0′E,6 2°S以南的南极普里兹湾近岸陆架区的陆隆向深海区设三条纵断面进行浮游生物现存量、真光层深度和光合作用速率的现场观测。并在冰间湖站 - 1 2进行连续昼夜观测。结果表明 ,观测海区叶绿素 a浓度高值位于近岸海湾、冰间湖和测区中部的陆坡区 ;陆坡中部站 - 6和 - 8,0 - 5 0 m的浅水层为叶绿素 a高值区 (2 .1 6- 5 .0 8μg/dm3 )。各测站平均叶绿素 a浓度 2 5 m次表层 (1 .49± 1 .6 1 μg/dm3 )高于表层 (1 .1 4±1 .1 9μg/dm3 ) ,5 0 m以下更深层的浓度随深度的增加而降低 ,2 0 0 m层叶绿素 a浓度仅 0 .0 3±0 .0 2μg/dm3 。昼夜观测结果表明表层叶绿素 a浓度在南极夏季的午后出现最大值 ,晨间出现最小值 ;2 5 m以浅水层的叶绿素 a浓度明显高于深层水 ,与封冰消融冰藻的释放有关。测区真光层潜在初级生产力为 0 .76 - 1 2 .5 9mg C/(m3· h) ,平均值为 4.0 1± 4.0 7mg C/(m3· h) ;海湾和陆架区现场生产力均超过 1 .5 g C/(m2 · d) ,陆坡、深海区约 0 .5 g C/(m2 · d)。高生产力位于高生物量的近岸海湾、陆架冰间湖区。光合作用同化数在 0 .88- 3 .1 0 mg C/(mg Chla· h)。表层叶绿素a浓度与海水中溶解氧浓度呈紧密相关 (Y=0 .0 5 9X     

东南极戴维斯站企鹅粪土沉积物有机地球化学特征

研究了位于东南极西福尔丘陵地区Gardner Island企鹅粪土的沉积泥芯DG2的分子地球化学组成特征。DG2沉积物的正烷烃以短链为主,主要来源可能为淡水湖相沉积的藻类和细菌输入。脂肪酸组分偶奇优势明显,以C16,C18和C24一元饱和脂肪酸为主,主要来源可能是浮游动物、细菌及水生苔藓;不饱和脂肪酸含量很低,以C18∶1(Δ9)为主,表明沉积源单一稳定,无大波动。醇类组分以高浓度的植醇、胆甾烷醇和胆甾醇为主,分别代表了植被和企鹅数量,指示了研究区域历史时期的生态变化。综合DG2的生物标志物特征,反映该沉积物的有机质主要来源于企鹅粪、细菌和藻类;沉积环境在不同深度也有变化,0-30cm为氧化环境,30-63cm为还原环境。     

南极拜尔斯半岛企鹅粪土沉积物元素地球化学特征

拜尔斯半岛位于南极利文斯顿岛最西部,是南设得兰群岛中最大的无冰区。对采自拜尔斯半岛的一根长55 cm的企鹅粪土沉积柱P1进行了元素和同位素地球化学分析。通过对沉积物C/N、有机质来源和δ15N的分析,发现P1沉积剖面中有机质主要来源于企鹅粪。利用富集系数、相关性分析、主成分分析等统计分析方法,识别出该沉积剖面中P、F、Cu、Hg、As、S六种元素具有共同的来源,与企鹅粪的输入密切相关,并且这些元素与TOC和δ15N显著正相关,说明沉积剖面中这些元素含量主要受控于企鹅粪的输入程度。通过与长城站区阿德雷岛、东南极戴维斯站加德纳岛企鹅粪土沉积物的标型元素特征比较,发现上述三个地区的标型元素组合大体上一致,反映了整个南极地区企鹅粪土沉积物生物标型元素组合的共性。研究结果为进一步恢复该地区的企鹅种群数量演化,及其对气候变化的响应提供了可能。     

企鹅粪土层中石英砂表面的化学溶蚀形貌及实验模拟

利用电镜扫描的方法分析了南极阿德雷岛Y2湖企鹅粪土沉积层中石英砂微形貌的特征,发现在企鹅粪含量高的沉积层中石英砂表面具有明显的碗状溶蚀坑等化学溶蚀特征,这一溶蚀特征在Y2湖企鹅粪含量低的沉积层和研究区的其他未受企鹅粪影响的沉积环境中均未明显出现。为了揭示这一特殊化学溶蚀现象的作用机制,根据Y2湖企鹅粪土沉积层自然沉积环境,通过条件实验确定在实验室内使用酸性较高的氟溶液(1mol.L-1HF溶液)对石英砂进行溶蚀实验,通过对比分析发现,实验室模拟条件下可以得到与企鹅粪土沉积层中石英砂相近的表面微形貌特征,这表明它们是在相似的过程中形成的。企鹅粪土沉积层酸性高氟环境中可能存在的HF酸化学溶蚀作用是形成企鹅粪土层中石英砂表面特有溶蚀坑的主要原因。在南极特殊的自然条件下碗状溶蚀坑与企鹅粪之间存在一定的因果关系,从而使石英砂的表面微形貌分析成为南极企鹅生态研究的一种新的辅助手段。     

Late Holocene Adélie penguin population dynamics at Zolotov Island,Vestfold Hills,Antarctica

We inferred late Holocene Adélie penguin occupation history and population dynamics on Zolotov Island, Vestfold Hills, Antarctica, using geochemical data from a dated ornithogenic sediment core (ZOL4). Radiocarbon dates on fossil penguin bones in the core indicate that Adélie penguins occupied the island as early as 1,800 years before present (yr BP), following the retreat of the Sørsdal glacier. This occupation began ~1,200 years later than that observed at Ardley Island and King George Island, in the South Shetland Islands. Phosphorus was identified as the most indicative bio-element for penguin guano in core ZOL4, and was used to infer past penguin population dynamics. Around 1,800 years ago, the Adélie penguin populations at both Zolotov Island and Ardley Island increased rapidly and reached their highest levels ~1,000 yr BP. For the past ~900 years, the penguin populations at Zolotov Island have shown a general rising trend, with fluctuations, while those at Ardley Island have shown a moderate decreasing trend. The Adélie penguin populations at both Ardley Island and Zolotov Island showed a clear decline ~300 years ago, which we interpret as a response to the Little Ice Age, or a neoglacial cooling event.     

反射光谱技术:研究南极企鹅古生态演化的一种新方法

为探求快速、廉价、无损和同步的光谱技术在南极生态环境研究中的可能性,本文利用南极阿德雷岛的四根企鹅粪土沉积柱样品的反射光谱,通过逐步多元线性回归和主成分回归两种数学运算方法,建立了反射光谱数据与企鹅粪九种标型元素浓度之间的关系,并探讨了南极企鹅粪土沉积物光谱数据的古生态意义。结果表明:南极粪土沉积样品反射率光谱与企鹅粪九种标型元素(P、Ca、Cu、F、Ba、S、Zn、Sr、Se)含量之间存在良好的相关性,预测值与实测值之间的相关系数R都达到了0.9以上,在深度剖面上预测浓度与实测浓度具有非常一致的变化趋势;南极粪土沉积物光谱数据包含有明确的古生态变化信息,可利用主成分分析快速恢复历史时期企鹅数量演化过程。本研究结果为在偏远的南极地区开展古生态环境研究提供了一种新的快捷方法和技术途径。     

Reflectance spectroscopy: a new approach for reconstructing penguin population size from Antarctic ornithogenic sediments

Reflectance spectroscopy has several advantages compared to traditional chemical methods in paleolimnology. It requires little cost, involves minimal or no sample preparation and is rapid. There has, however, been limited use of reflectance spectroscopy in polar paleolimnological studies. This paper explores the application of reflectance spectroscopy to reconstruct historical changes in penguin population size in the maritime Antarctic. Two ornithogenic sediment cores on Ardley Island, Antarctica were analyzed. Penguin droppings and weathered soils were analyzed as reference materials. Principal component analysis and linear mixing modeling were performed on the spectral data to estimate the proportion of penguin guano in the sediments and these values were used to infer historical penguin population numbers. Historical penguin population size versus time, reconstructed from reflectance spectra, and population numbers inferred from previous geochemical analysis of bio-elements, were quite similar. Our results illustrate the feasibility of rapidly inferring historical changes in penguin population size using reflectance spectroscopy on Antarctic ornithogenic sediments. Our findings suggest that this technique has potential for reconstructing past population numbers of other seabirds and mammals using lake sediments influenced by animal excrement.     

东南极阿曼达湾湖泊沉积物物源的元素分析

2008年在东南极阿曼达湾帝企鹅聚集区附近岛屿开展了野外工作,于岛屿湖泊集水区采集到两个短沉积剖面,分别命名为EPI和PI。根据野外实地考察情况和室内分割样品发现EPI剖面主要为泥炭沉积,含有大量水生藻类;PI剖面为黑色泥质沉积,散发出浓烈的粪臭味,沉积物中含有大量的幼年帝企鹅绒毛和少量的残骨。对EPI和PI剖面沉积物、当地风化母岩及水生湖藻进行了部分生源元素和重金属元素浓度分析与对比,结果显示EPI剖面元素含量主要来源于背景母岩和湖藻沉积。PI剖面为帝企鹅粪土沉积序列,沉积物中的TC、TN、TP、Cu、Zn、Hg和Se的含量远远高于风化母岩中的浓度,其主要来源于帝企鹅粪的输入,而Pb元素主要来源于当地风化母岩的贡献。本研究首次显示帝企鹅活动同样可以为南极贫瘠的陆地湖泊系统带来大量的营养物质,但同时也输入了大量的重金属污染元素。     

东南极拉斯曼丘陵中晚全新世湖泊生物量的变化记录

对东南极拉斯曼丘陵莫愁湖ZH沉积柱进行了生态地质学的研究,通过AMS-14C定年构建年龄框架,采用550℃烧失量、粒度和元素地球化学指标等,恢复了中晚全新世该地区较高分辨率的湖泊生物量记录。结果显示,距今6600-6100年、5400-4800年、4650-3750年和3500年-2850年为莫愁湖生物量高值期,气候相对温暖适宜,湖泊生产力旺盛;距今6100-5400年、4800-4650年和3750-3500年为湖泊生物量低值期,气候相对寒冷,湖泊生产力相对较弱。而且在整体较暖的气候环境下,出现了其它无冰区沉积物中鲜有记录的距今4800-4650年、4400年前后和3750-3500年的气候快速变冷事件。根据莫愁湖湖泊生物量恢复的东南极拉斯曼地区高分辨的气候变化特征,与太阳活动强度和东南极大陆冰芯记录相吻合,为东南极中晚全新世多样的气候格局研究提供了新的依据。     

南极菲尔德斯半岛全新世以来湖泊沉积的环境演变研究

本研究利用南极菲尔德斯半岛长城站附近的西湖沉积物 ,研究该地区的环境变化状况。对 1 993年采集的 9.2 8m长的西湖岩芯 (GA - 7)进行等间距分样 (2cm) ,进行了有机碳、δC1 3org、磁化率和粒度等环境指标分析。利用本研究区湖相沉积物的1 4C测年数据 ,发现距今 1 2 60 0年以来 ,南极菲尔德斯半岛地区至少出现过四次气温升高时期 ,即 480 0 - 4 4 0 0aB .P .、360 0 -3350aB .P .、2 1 0 0 - 1 80 0aB .P .和 90 0aB .P .-现在。研究同时发现 ,湖相沉积物的有机碳含量和δC1 3org存在显著正相关关系 ,可以作为环境温度的替代性指标     

~(210)Pb distribution characteristics in the lake sediment core at Great Wall Station,Antarctica

２１０ＰｂｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅｌａｋｅｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｒｅａｔＧｒｅａｔＷａｌＳｔａｔｉｏｎ，ＡｎｔａｒｃｔｉｃａＺｈａｏＹｅ（赵烨）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎ...     

东南极拉斯曼丘陵斯托尼斯半岛地区化学元素分布特征

通过样品测定，运用统计方法分析了东南极拉斯曼丘陵斯托尼斯半岛岩石、土壤与风化壳、大气降水、湖泊等环境要素的化学元素丰度和特征。该区风化过程和成土过程微弱，地表环境化学元素分布具有较强的区域性特征。初步分析该地区环境中元素迁移转化规律以及低温环境条件下自然地理过程的特征。     

东南极拉斯曼丘陵米勒半岛遥感影象岩性自动分类初探

根据最大似然法应用ＴＭ影象数据，对拉斯曼地区米勒半岛进行岩性自动识别分类。结果提取出该区的５种主要岩石类型即：１．片麻状花岗岩；２．正长花岗岩；３．富Ｆｅ、Ａｌ片麻岩；４．混合岩；５．条带状混合岩。说明用自动分类法进行地质岩性填图在该地区是可行的。它为南极地质工作提供了一种新的方法，初步工作表明，该方法分类速度快，省时省力，能减少大量的野外工作。为利用遥感资料进行地质工作展示了良好的前景     

Holocene environmental change according to lake core in Fildes Peninsula of King George Island,Antarctica

Lake core sampled from Xihu in Fildes Peninsula of King Gorge Island, Antarctica could reveal the environmental change of the district. The lake core( GA7) , 9.28 meters long , was sectioned at an interval of 2 cm. Through measuring the organic carbon, magnetic susceptibility, granularity and organic carbon isotope of GA7, by use of 14C age it was estimated that there were four periods of high temperature in Fildes Peninsula; 4800-4400 aB. P. , 3600-3350 aB. P. ,2100 - 1800 aB. P. and 900 aB. P. - present. Meanwhile, results showed that there was a strikingly positive correlation between the content of organic carbon and that of organic carbon isotope (δC01213 ) which could be the substitute indicators of environmental temperature.     

Late Holocene changes in ultraviolet radiation penetration recorded in an East Antarctic lake

Late Holocene changes in the ultraviolet radiation (UVR) penetration in a lake in the Larsemann Hills (East Antarctica) were reconstructed using sediment core proxies based on fossil pigments (scytonemins and its derivatives) and siliceous microfossils. The influence of changes in lake depth on the UVR proxy was excluded by applying a correction, based on the non-linear relation between modern scytonemin concentrations and lake depth in a regional reference data set, and the record of past lake depths inferred using a diatom based transfer function in the sediment core. Results showed four well-defined maxima in the UVR proxy during the last 1600–1800 years, centred around 1820–1780, 1580–1490, 790–580 and 680–440 AD. Several mechanisms may account for these observed changes in UVR penetration, including past variability in cloud cover, atmospheric turbidity, ozone column depth, snow cover on the lake ice, DOM concentrations and lake-ice thickness and transparency resulting from temperature fluctuations. Although some gaps remain in our knowledge of scytonemin production in relation to the limnology of Antarctic lakes, the results highlight the importance and potential of the sediments in these highly transparent water bodies as archives of changes in past UVR receipt at the Earth’s surface.     

南极菲尔德斯半岛地区与拉斯曼丘陵地区湖泊水化学比较研究

为了解南极淡水生态系统的水化学特征，完成了拉斯曼丘陵地区１３个湖泊和菲尔德斯半岛１０个湖泊以及雪样的调查分析。西南极乔治王岛菲尔德斯半岛和东南极拉斯曼丘陵的气候条件不同，前者属于极地海洋性气候、气温不很低、湿润、风小、夏季较长；后者属于极地大陆性气候、气温低，冬天严寒、干燥、风大，夏季较短。因此，两地区的湖泊地貌、成因、发育、水生生物种群结构以及水化学状态存在较明显的差异，虽然水化学类型均比较单一，但矿化度却相差甚大。本文还对两区饮水水源进行了评价。     

基于近红外光谱快速分析东南极湖泊沉积物化学元素含量

以东南极罗斯岛地区的3个湖泊沉积剖面为研究对象,利用紫外-可见-近红外反射光谱仪获得了沉积物样品的光谱曲线,讨论了东南极罗斯岛湖泊沉积物的光谱特征。在沉积物化学元素分析的基础上将样品分成建模集和验证集,采用偏最小二乘法建立光谱与化学元素指标的对应关系矩阵,通过验证集预测值和测定值之间的误差参数比较,发现研究的20种元素含量均能和光谱曲线建立有效的计算关系,其中,N、C、H、Mn、Ba、P、Al、Fe、K、Se、As和Hg等元素能够达到相当精确的预测水平(预测值与测量值之间的相关系数r20.90)。本研究结果表明,利用近红外反射光谱快速分析东南极湖泊沉积物中元素含量是一种潜在有效的方法。     

Magnetotelluric sounding study in the region of Zhongshan Station，East Antarctica

ＭａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇｓｔｕｄｙｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆＺｈｏｎｇｓｈａｎＳｔａｔｉｏｎ，ＥａｓｔＡｎｔａｒｃｔｉｃａＫｏｎｇＸｉａｎｇｒｕ（孔祥儒）ａｎｄＺｈａｎｇＪｉａｎｊｕｎ（张建军）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｐｈ...